Passage de Mme V. devant M. S. L'image : acquisition, traitement, résultats Observatoire de Lyon Mardi 8 juin 2004 aujourd'hui.

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1 Passage de Mme V. devant M. S. L'image : acquisition, traitement, résultats Observatoire de Lyon Mardi 8 juin 2004 aujourd'hui

2 Passage Vénus - Images numériques2 Souvenir du 7 mai 2003 Mercure fait de l'ombre à Phébus à suivre

3 Passage Vénus - Images numériques3 L'observation peut Choix entre instruments Les instruments doivent être adaptés mécaniquement et optiquement soit se limiter à voir le phénomène du passage soit chercher à l'enregistrer pour traitement et analyse ultérieure individuels : lunettes, jumelles, petites lunettes avec protection collectifs : jumelles, lunettes, télescope par projection solarscopes, sténopés à lentille images numériques sur écran à suivre L'observation du Soleil et si possible aussi de Vénus

4 Passage Vénus - Images numériques4 Dans tous les cas, il faut rechercher une meilleure qualité d'image. L'observation du Soleil et si possible aussi de Vénus Avec un instrument, la qualité de l'image doit (ou devrait) être limité par l'agitation atmosphérique. à suivre

5 Passage Vénus - Images numériques5 L'image projetée du Soleil Pour faire des mesures : projection sur repères gradués on peut photographier les images pour faire des mesures : effets de parallaxe. Projection par lunette télescope jumelles Belle et grande image Le problème délicat : la stabilité Entraînement à suivre Autre problème : le calage ou mise en station azimutale équatorial Attention au chauffage interne

6 Passage Vénus - Images numériques6 L'image du Soleil au Solarscope à suivre Dans le Solarscope ou Vénuscope, la grille donne l'échelle approximative. carreau de 4mm de côté = 1' d'arc L'optique déforme beaucoup hors axe On peut faire une correction à partir des diamètres mesurés.

7 Passage Vénus - Images numériques7 Attention à l'effet de parallaxe et perspective et déformations dues à l'optique. Ne pas oublier de noter le temps TU précis. à suivre Il est possible d'enregistrer l'observation avec un appareil numérique ou argentique. L'image du Soleil au Solarscope

8 Passage Vénus - Images numériques8 L'image du Soleil (suite) Le sténopé à lentille permet de visualiser l'image du Soleil sans danger. Images trop petites pour des mesures précises. Dans tous les cas, on peut enregistrer l'image en la photographiant pour un usage différé. Photographie conventionnelle : bonnes images temps de développement non compatible avec l'observation demandée. à suivre Image numérique : qualité moins bonne image immédiatement exploitable.

9 Passage Vénus - Images numériques9 Image dont la couleur et l'intensité du point élémentaire sont codées sous forme numérique et stockés sur support informatique. à suivre Image numérique Définition et principe Elles sont obtenues par des capteurs (CCD ou autres ) ayant une forme matricielle de m colonnes par n rangées. La lumière de l'image arrivant sur chaque petit détecteur éjectent des électrons qui sont piégés dans des petits condensateurs. Lorsque la quantité de lumière reçue a donnée suffisamment d'électrons, on lit par un système électronique le nombre (tension ou intensité de courant). Cette valeur analogique est numérisée et mise en mémoire.

10 Passage Vénus - Images numériques10 Echantillonage : séparation angulaire sur le ciel correspondant à la distance entre deux pixels consécutifs. CCD : récepteur électronique constitué d'une mosaïque de petits détecteurs, convertissant la lumière reçue en électrons. Ceux-ci, sous forme de tension ou courant électrique sont comptés et la mesure est numérisée pour être stockée sur un support magnétique ou autre. Pixel : Elément de base d'une image ou d'un écran, c'est-à-dire un point. Pour ne pas perdre d'information, il faut échantillonner au moins à deux fois la résolution (théorie de l'information) à suivre Instrumentation et imagerie

11 Passage Vénus - Images numériques11 La taille du pixel est comprise entre 6 et 10 microns, malgré la miniaturisation des capteurs, le pixel reste 100 fois plus gros qu’un grain d’argent. 1 détecteur = 1 pixel 1 pixel = 10 x 10 µm ou 100 µm carrés 1 sel d’argent = 1 µm carré Abréviation de l'anglais picture element, désignant la plus petite composante d'une image numérique affichée en mode point sur écran ou sur capteur. à suivre Instrumentation et imagerie Pixel : Elément de base d'une image ou d'un écran, c'est-à-dire un point image. La définition de la photo argentique reste encore bien meilleure que celle de l'image numérique.

12 Passage Vénus - Images numériques12 Tache d'Airy ou tache de diffraction : petite tache circulaire due à la diffraction de l'objectif, image d'un point objet. La résolution est la dimension du plus petit détail perceptible. Plus cette tache de diffraction est petite, meilleure est la résolution, plus on verra de détails. à suivre Instrumentation et imagerie La grandeur de cette tache correspond sur le ciel à un cercle dont on peut évaluer le diamètre angulaire : 1.22 / D (en radian)

13 Passage Vénus - Images numériques13 Une étoile pratiquement infiniment petite n'est jamais vu ponctuelle. L'image de l'étoile est de plus élargie par l'agitation atmosphérique. Miroir de 1 m0,14 " Lunette ou télescope de 20 cm0,7" Lunette de 60 mm2,30" Téléobjectif de 135 mm de focale ouvert à f/D=88,20" (5,4 microns) On suppose que la qualité optique ne limite pas la résolution. à suivre Instrumentation et imagerie Grandeur de la tache d'Airy : Site internet sur la tache de diffraction : http://www.astrosurf.com/tests/criteres/criteres.htm

14 Passage Vénus - Images numériques14 Image du ciel Ciel Plan focal CCD pixel à suivre Un peu d'optique

15 Passage Vénus - Images numériques15 Focale de l'instrument : distance à laquelle se forme, de l'objectif l'image d'un objet à l'infini. Champ de l'instrument : portion du ciel que l'on peut voir dans l'instrument à l'oculaire, ou en faire l'image sur un détecteur ou une pellicule photographique. Instrumentation et imagerie Ouverture f/D : rapport entre la focale de l'objectif et le diamètre de l'instrument. Définit la luminosité de l'instrument.  CCD ou plaque photographique f objectif Le champ se mesure en secondes, minutes d'arc ou degré. à suivre

16 Passage Vénus - Images numériques16 Le champ du CCD A la surface du pixel en fonction de l'optique correspond une surface sur la voûte céleste qui se mesure par un angle (minutes ou secondes d'arc). Si d est la dimension du pixel, le côté correspond à un angle  de tan  = d / f Pixel : 10 microns de côté : focale   8000 mm0,25  1000 mm   mm15,2" Ces valeurs sont à comparer aux valeur de la tache de diffraction pour avoir un échantillonnage optimal. à suivre

17 Passage Vénus - Images numériques17 Focale de l'instrument : f = 135 mm Champ de l'instrument avec le CCD : 89.6' x 67.2' Champ de 1 pixel : 8,4" Dimensions ccd : 3.52342 mm x 2.64257 mm Tache d'Airy ou tache de diffraction : 8,2" CCD webcam Philips ToUcam Pro II Instrument Ouvert à f/8  CCD f Avec ce montage, on échantillonne à la tache de diffraction. + à suivre

18 Passage Vénus - Images numériques18 Images avec une webcam 1’image à suivre des pixels 1 pixel = détail ultime de l'image.

19 Passage Vénus - Images numériques19 Observer avec une webcam Image et pixel La qualité de l'image est définie par : La tache de diffraction de l'instrument La taille du pixel et de sa grandeur sur le ciel L'échantillonnage Le champ du CCD à suivre L'optique de l'instrument

20 Passage Vénus - Images numériques20 Faire des images à suivre

21 Passage Vénus - Images numériques21 Dessin Images photographiques Images numériques Grilles prédéfinies sur lesquelles on repère le Soleil et Vénus L'adaptation de l'appareil photo est similaire à l'adaptation d'une caméra CCD : position, champ de l'image… Les temps de pose se font par essais au préalable. Le résultat n'est accessible qu'après développement. Les appareils à objectif fixe : demandent une adaptation optique ! Les appareils à objectif démontable : s'utilisent comme un appareil conventionnel. Les caméras CCD et webcam à suivre Faire des images

22 Passage Vénus - Images numériques22 Conseils Recherche du diaphragme qui donne la meilleure image - par rapport à la diffraction - par rapport à la qualité optique Utiliser sauf pour observer des déplacements le centre de l'image pour sa meilleure qualité. à suivre

23 Passage Vénus - Images numériques23 Acquisition avec une webcam Programmes utilisés Acquisition : QCFocus Regroupement et superposition d'images RegiStax2D (si nécessaire) Traitement d'images : IRIS, IDL… QCFocus, RegiStax2D et IRIS sont des logiciels gratuits disponibles sur Internet. à suivre

24 Passage Vénus - Images numériques24 Acquisition : QCFocus Le pilote de la webcam est fourni par le fabricant. QCFocus et IRIS permettent de faire de l'acquisition d'images. QCFocus pilote la plupart des webcams. Installation très simple : exécuter le programme instqcf.exe trouvé sur Internet qui s'installe dans c:\programme files\QCFocus créer un raccourci pour le mettre sur le bureau ou ailleurs. à suivre Acquisition avec une webcam

25 Passage Vénus - Images numériques25 Acquisition : QCFocus Utilisation élémentaire : Format 640x480 On ne touche pas à : Options caméra Reformater Focalisation à suivre Acquisition avec une webcam

26 Passage Vénus - Images numériques26 Acquisition : QCFocus Utilisation élémentaire : Exposition Taux d'images : entre 5 et 15 Non automatique Mode Noir et Blanc Luminosité à ajuster Contraste : minimal à cause du Soleil Ne pas toucher à suivre Acquisition avec une webcam

27 Passage Vénus - Images numériques27 Acquisition : QCFocus Deux façons d'acquérir des images : 1) Images fichiers BMP 2) Enregistrement vidéo fichiers AVI à suivre Acquisition avec une webcam

28 Passage Vénus - Images numériques28 Acquisition : QCFocus 1) Images fichiers BMP Choisir : le nombre d'images à acquérir le répertoire de sauvegarde le taux de sauvegarde : 1, 2, 5… par seconde à suivre Acquisition avec une webcam

29 Passage Vénus - Images numériques29 Acquisition : QCFocus 2) Enregistrement vidéo fichiers AVI Les fichiers AVI peuvent être décomposés en fichiers BMP par avi2bmp.exe (avi2bmp-v0.49b.zip) Choisir : le taux image la durée d'enregistrement le répertoire de sauvegarde Attention au volume à sauvegarder 115 images donnent un fichier de 52 Mo à suivre Acquisition avec une webcam

30 Passage Vénus - Images numériques30 Traitement des images à suivre

31 Passage Vénus - Images numériques31 Regroupement d'images Le regroupement d'images permet de faire des moyennes d'images primitivement bruitées par l'électronique l'agitation atmosphérique Attention : les objets observés se déplacent : Ne pas dépasser quelques secondes Programme utilisé (entre autre) : RegiStax2D à suivre le Soleil par le mouvement diurne Vénus par son mouvement propre

32 Passage Vénus - Images numériques32 RegiStax Charger un fichier AVI ou un ensemble de fichier BMP Choisir la fenêtre de la partie de l'image à ajuster 512 pour le Soleil 32 pour Vénus Attention à la durée du calcul pour une grande fenêtre. à suivre Regroupement d'images

33 Passage Vénus - Images numériques33 Lancer la commande à suivre RegiStax Regroupement d'images

34 Passage Vénus - Images numériques34 Il reste à sauvegarder à suivre RegiStax Regroupement d'images

35 Passage Vénus - Images numériques35 Que faire avec ces images ? 1) chercher le centre, la position et le rayon du Soleil 2) calculer l'échelle du champ de l'image, la dimension du pixel... 3) chercher l'orientation de l'image par rapport à la direction du pôle 4) calculer la position de Vénus 5) calculer la trajectoire de Vénus etc à suivre

36 Passage Vénus - Images numériques36 Centre et diamètre du Soleil 2) - Faire apparaître la fenêtre Sortie par Afficher les données 1) - charger l'image dans IRIS Fichier/charger 3) - Se mettre en analyse Photométrie d'ouverture à suivre

37 Passage Vénus - Images numériques37 Centre et diamètre du Soleil 5) - entrer une valeur du rayon proche de celui du Soleil 4) - choisir un ou deux cercles 6) - par déplacement de la souris et retour à la fenêtre photométrie, ajuster ce rayon R = 110 à suivre Jusqu'à la bonne coïncidence.

38 Passage Vénus - Images numériques38 Centre et diamètre du Soleil 7) - le centre du cercle se lit dans la position du curseur ou dans la fenêtre Résultats lorsqu'on clique sur le bouton gauche. xc=247, yc = 160 à suivre

39 Passage Vénus - Images numériques39 Centre et diamètre du Soleil Ne pas changer d'échelle entre les images. Ces mesures peuvent être faites manuellement sur des images sur papier. Utiliser la moyenne entre les positions extrêmes des diamètres horizontaux et verticaux. à suivre Résultat : r = 110 pixels D'autres logiciels permettent d'avoir une valeur plus précise.

40 Passage Vénus - Images numériques40 Echelle du champ de l'image Diamètre solaire 2 x 110 = 220 pixels Rayon solaire : 110 pixels Champ : 640x0,14 = 90' 480*0,14 = 68' 1 pixel = 31'/220 = 0,14' = 8,5" Diamètre solaire du jour : 31' à suivre On en déduit :

41 Passage Vénus - Images numériques41 Orientation de l'image 2004/03/29 à 5h30min16s2004/03/29 à 5h32min56s Prendre deux images avec l'instrument fixe à quelques minutes d'intervalle. Si l'instrument est bien calé horizontalement, les côtés de l'image donnent les directions horizon et verticale. Ce qui rarement le cas. Le déplacement du Soleil est parallèle à l'équateur. Méthode pour trouver la direction du pôle. à suivre

42 Passage Vénus - Images numériques42 Orientation de l'image P1: x1 = 252.3 y1 = 165.9 P2: x2 = 423.9 y2 = 334.3 Calcul de la droite ou tracé graphique La direction du pôle orthogonale à l'équateur a pour pente : -1/a La droite passant par les centres donne la direction de l'équateur. Parallèle à l'équateur Pôle Nord Mesure des centres des cercles avec IRIS ou tout autre programme. Attention, sauf si l'instrument est bien calé en équatorial, ces directions (pôle, équateur) varient au cours de la journée sur l'image. à suivre

43 Passage Vénus - Images numériques43 Position de Vénus Le centre de Vénus peut être facilement obtenu de la même manière que celle du centre du Soleil. a) soit graphiquement b) soit avec le même programme IRIS, comme pour le Soleil c) il est plus facile d'utiliser dans IRIS la fonction PSF (Point Source Function) Sélectionner un petit carré sur Vénus Avec le bouton droit de la souris choisir PSF dans le menu. Le centre est donné par X et Y de la fenêtre résultats à suivre

44 Passage Vénus - Images numériques44 Pôle Nord Position de Vénus Vénus sera définie par : La distance  au centre exprimée en minute d'arc (voir échelle) L'angle au pôle PCV exprimé en degrés P C V  à suivre

45 Passage Vénus - Images numériques45 à suivre Utilisation moderne d'une méthode ancienne de l'observation du passage de Vénus

46 Passage Vénus - Images numériques46 Le passage du Soleil et de Vénus selon Grandjean de Fouchy Méthode : suivre et mesurer les temps de contacts du Soleil et de Mercure (Vénus) saux différents points de tangence et passage sur le réticule. Réf. : MARS, 1737, 248-253 MARS, 1761,96-105 http://www-obs.univ-lyon1.fr/sdc/passage_venus/documents/M1737_248_253.pdf La même démarche peut être faite avec des outils et moyens actuelles : traiter une séquence d'images webcam avec un réticule électronique. à suivre

47 Passage Vénus - Images numériques47 Observation du passage de Vénus sur le Soleil, faite à la Muette au cabinet de Physique du Roi, le 6 Juin 1761. Par M. de Fouchy. Et en 1761 Simulation avec un vrai Soleil et une fausse Vénus sous forme de tache originelle. Passage GIF Passage MPG à suivre

48 Passage Vénus - Images numériques48 L'image du Soleil Le matériel Le champ à observer La définition La résolution L'acquisition des images Le temps de pose Le nombre d'images Le format de l'image Le stockage Dates et heures Les traitements Moyennes Recentrage Filage Réduction du champ Echelle Position du centre Les programmes L'image numérique Webcam CCD Appareils numériques Photos conventionnelles numérisées Protocoles d'observations Suivi ou pas suivi à suivre

49 Passage Vénus - Images numériques49 Observer le Soleil Qu'observe-t-on si l'appareil est fixe ? 2004/03/29 à 5h30min16s2004/03/29 à 5h32min56s Recherche des centres avec IRIS Orientation de l'image Position de l'objet à suivre